柱腳節點的案例
考慮了雙非線性的復雜鋼結構節點極限承載力分析
一、工程概況
本工程為某影城廣場前的“大門”，建筑創意為電影的膠片-大飄帶，建筑效果圖如圖1所示，結構設計采用MIDAS GEN 2020（V2.1）軟件，結構采用鋼結構片狀桁架形式，如圖2所示，端部采用V字型支撐整個結構體系，V字型支撐底部與基礎連接，本文主要研究對象為V字型柱腳節點，該節點為關鍵受力部位，如圖3所示。
圖1 建筑效果圖
圖2 結構設計模型
圖3 V字型柱腳節點
二、有限元計算
2.1、節點幾何模型
根據MIDAS Gen整體計算模型實際截取部位選取其中一個具有代表性且受力最大位置的節點進行有限元分析。支座2（節點844）由兩根斜桿交匯形成一個“V”字型并匯交于底部鋼板支座上，如圖 4所示，節點的構造及各桿件幾何關系、三維幾何模型如圖。
圖 4 支座2（節點844）
圖 5 支座2節點平立面圖及RHINO三維示意圖
《鋼結構設計標準》GB50017-2017中沒有V字型柱腳節點的具體計算方法，對于此類特殊構造且傳力關鍵部位的節點，需要進行有限元補充計算，在設計階段通過MIDAS FEA軟件建立節點的有限元模型，進行結構整體協同分析，檢驗節點處的設計安全性。節點作為結構整體的一部分，經常被剝離出來并進行邊界簡化，并從結構設計軟件提取內力施加到節點有限元模型中去，再進行節點有限元計算分析，但邊界條件假定會對結果產生一定的誤差，工況較多，不便進行手動施加內力，故而采用MIDAS FEA進行節點與整體模型協同分析。后述并給出MIDAS FEA設計工況下的承載力分析結果。
審圖專家認為本節點是關鍵的傳力節點，需要進行極限承載力的驗算，提出按照設計荷載的1.6倍來復核節點，以驗證節點的安全系數。
展開 圖解 | 鋼結構各構件和做法大全
1-1-3、門式剛架的基本形式
a.典型門式剛架
b.帶吊車的門式剛架
c.帶局部二層的門式剛架
1-1-4、基本節點
a.柱腳節點
b.梁、柱節點
■局部二層節點參照多層框架體系。
1-1-5、剛架衍生形式
■吊車和局部二層可在衍生形式剛架中布置。
■山墻剛架其本質也是多連跨剛架，不過中間柱與剛架柱比截面旋轉了90度。
1-2、多層框架體系
1-2-1、框架圖示
1-2-2、說明
力學模型
a.純剛接框架：縱橫兩個方向均采用剛接的框架。
b.剛接-支撐框架：橫向采用剛接，縱向采用鉸接，并在縱向設置支撐，以傳遞水平力。
c.支撐式框架：縱橫向均采用鉸接，兩向均設置支撐傳遞水平力。
d.有時為保證足夠的剛度，在剛接框架中亦設置支撐。
框架柱
框架柱可采用H型截面、箱形截面、十字形截面、圓管形截面等。所有上部結構的力都通過框架柱傳遞給基礎。
框架梁
框架梁一般采用H型截面。樓蓋和屋蓋上的力通過框架梁傳遞給框架柱。
支撐
支撐采用一般采用熱軋型鋼制作，其功能是傳遞層間水平力和保證結構的剛度。
1-2-3、基本節點
a.柱腳節點
■柱腳節點同門式剛架體系。
b.柱、梁節點
2、支撐、系桿
2-1、圖示
柱間柔性支撐 柱間剛性支撐
2-2、說明
■支撐分為柔性支撐和剛性支撐兩種。柔性支撐由圓鋼制作，安裝時必須張緊，主要用于門式剛架結構。剛性支撐由型鋼制作，用于多層框架、吊車梁下段支撐等剛度要求高的結構中。
■系桿和支撐聯合作用，形成封閉的受力體系。
展開 探索 ABAQUS 在土木工程中的應用
</p><p>2、 ABAQUS 在建筑工程中的應用實例</p><p>1、建筑結構構件和節點分析</p><p>? 鋼管混凝土構件：鋼管混凝土因鋼管與混凝土相互作用，具有承載力高、塑性韌性好等諸多優點，在工程中廣泛應用。ABAQUS 模擬時，確定合理材料本構關系及處理界面接觸是關鍵。通過模擬，其計算曲線與實驗曲線對比及截面剪應力分布研究成果顯著，相關成果已被多地工程建設標準采納。</p><p>? 型鋼混凝土構件：強度高、耐火抗震性能好，實際應用多。其有限元分析需考慮鋼筋與混凝土粘結滑移，ABAQUS 的 Spring2 彈簧單元可模擬接觸性能，建模時連接鋼筋和混凝土節點的彈簧單元設置有講究，典型型鋼混凝土梁模型和破壞時應力應變分布展示了模擬效果。</p><p>? 復雜鑄鋼節點及柱腳：大跨空間結構中，柱腳節點受力復雜關鍵。由于缺乏力學性能分析和承載力校核依據，ABAQUS 對其進行有限元分析意義重大。通常先在 AutoCAD 建模再導入 ABAQUS，某復雜柱腳分析結果對結構設計指導作用明顯。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202412/2d2363a8a774df596baa62a9d5413d9d.png"></p><p>圖1 圓鋼管混凝土在純扭受力狀態下的截面剪應力分布</p><p>2、建筑結構動力彈塑性分析：復雜建筑結構和罕遇地震下結構動力彈塑性分析離不開有限元軟件，ABAQUS 為此提供了重要參考。
展開 鋼結構打造德國漢堡易北河橋新地鐵站
地鐵站夜間照明效果 ?Marcus Bredt
技術圖紙
總平面圖 ?gmp Architekten
車站天橋層平面 ?gmp Architekten
縱向剖面 ?gmp Architekten
橫向剖面 ?gmp Architekten
屋面鋼結構軸側示意 ?sbp
鋼結構柱腳節點 ?sbp
設計競賽: 2013年一等獎
設計: 福爾克溫·瑪格和于爾根·希爾默以及施特凡妮·約布什
競賽階段負責人: 施特凡妮·約布什
競賽階段設計人員: 博恩德·科特奇博，阿西姆·瓦格勒，卡婭·梅茨格
實施階段負責人: 施特凡妮·約布什
實施階段代理項目負責人: 博恩德·科特奇博
實施階段設計人員: 亨德里克·溫特，雷娜塔·蒂帕，苯迪克斯·福爾達，妮科拉·耶帕
工程管理: 雷蒙德·金斯基，克里斯蒂安·克萊涅，安德烈亞斯·舒爾茨，托斯滕·亨茨，卡婭·波士曼
結構設計: 施萊西·貝格曼工程師事務所(sbp)
照明設計: conceptlicht
業主: Hamburger Hochbahn AG
建設周期: 2016-2018
建筑面積: 3750 m
建筑長度/寬度/屋面高度: 約136 m /約32 m /約16.25 m
屋面面積: 約5985m2
來源：鋼結構
展開 
沉沒中的關西機場
斜柱
▼ 建筑中大量應用了V形斜柱、搖擺柱、斜撐
▲ 施工現場：柱端直徑收小，采用高強螺栓連接
如今看到的精美柱腳節點好像只是外包裝飾板
3.長廊結構
空側長廊結構：屋蓋與立面呈連續的整體，鋼結構為單層形式，一端支承在斜柱或空間桁架的懸挑端，另一端支承在混凝土結構樓面。
▲ 空側長廊的結構單元模型
以鋼拉索和支撐加強的單層結構
整體呈現筒形，有利于減小海風荷載
沿縱向布置了許多斜撐桿，加強了單層結構的曲面內剛度。在橫剖面上，我們看到在曲面轉折位置有一些拉索，加強結構曲面外的剛度。
▲ 用于加勁的拉索幾乎難以覺察
▲ 主鋼管貫通，斜撐、系桿不在同一平面連接
▲ 節點：柱腳銷軸軸
▲ 空側長廊的建造現場
4. 索桁架幕墻
▼ 幕墻索桁架呈魚腹式，一半在室內、一半在室外
▼ 最靠邊的一榀桁架、斜柱、索桁架幕墻
5. 屋面
屋蓋采用雙層屋面系統
外層82000塊不銹鋼屋面板塊拼接
每塊1.8m x0.6m
外層不銹鋼折肋屋面，有利于釋放溫度作用
每隔150~200m設一道變形縫(兼抗震縫)
02
填海與沉降
土地是日本的稀缺資源，因此工程師選在大阪灣東南部的海面填出一塊大型人工島(4.0公里x 2.6公里)，用以建造這個機場。
圍海填筑人工島
原場地的海水深約18~20m。地質勘探表明，地基表層屬于正常固結的沖積粘土層，厚度約20米，下層則為超固結的洪積粘土層和砂礫層。
展開 3D3S門剛主鋼架節點設計的步驟
在結構設計的過程中，除了分析整體結構的內力，位移，驗算單根構件的強度，穩定等步驟之外，節點設計也是個很重要的步驟，能快速地設計節點及繪制節點詳圖，可以大大提高設計人員的效率。
3D3S門剛主鋼架節點設計的步驟：
一、節點計算參數選擇
節點設計基本計算參數：
在輕鋼和多高層模塊中，3D3S提供了多種節點設計的方法：
1）按3D3S整體計算內力；
2）按構件等強；
3）按用戶指定的節點設計力；
4）按參數化節點庫。
圖1 基本計算參數對話框
前三種模式的在計算上的本質區別在于節點設計力的來源不同，第4種模式并不對節點進行計算，其本質上是把已經設計好的具體節點尺寸參數保存到數據庫中，
下次根據此結果直接復制到其它的新節點上去，這種模式特別適合于鋼結構的加工圖深化設計。等強設計是一種非常實用的設計計算模式，框架節點由單一的等強系數（0到1之間）來控制，門式剛架節點和柱腳節點由與彎矩、軸力和剪力分別對應的多個等強系數來控制。當不輸入等強系數，而按默認為0計算時，按內力為
0進行計算。如果用戶使用其它結構分析軟件（例如SAP2000或Ansys）經整體計算得到構件桿端力，而在本軟件模塊中進行包括節點設計在內的后處理工作，那么可以使用“按用戶指定的節點設計力”模式。軟件不對門式剛架圍護結構的連接節點進行計算，由用戶直接指定節點的尺寸等參數。
螺栓直徑和間距：
用戶可以指定螺栓的間距和直徑，也可以由軟件自動選擇計算，即選擇項為“缺省”。當指定為軟件自動選擇計算時，軟件按照M16，M20，M22， M24，M27，M30的直徑順序進行設計計算，直至找到同時符合強度和構造要求的螺栓直徑。基本構造參數對話框子頁面如下圖所示。
展開 關于STAAD/CHINA的問題索引 2
id=70115&h=1&bpg=7&age=30
SSDD柱腳節點設計問題 http://okok.org/cgi-bin/ut/topic_show.cgi?id=71230&h=1&bpg=7&age=30
關于節點設計的疑問 http://okok.org/cgi-bin/ut/topic_show.cgi?id=70118&h=1&bpg=7&age=30
ssdd進行普鋼檢驗時，為何有構件條款未設計？ http://okok.org/cgi-bin/ut/topic_show.cgi?id=68993&h=1&bpg=7&age=30
既帶夾層又帶吊車的門式剛架如何建模？ http://okok.org/cgi-bin/ut/topic_show.cgi?id=74658&h=1&bpg=6&age=30
為什么有時候SSDD位移檢驗會出錯被關掉？ http://okok.org/cgi-bin/ut/topic_show.cgi?id=77651&h=1&bpg=6&age=30
SSDD中懸掛荷載如何添加？ http://okok.org/cgi-bin/ut/topic_show.cgi?id=68361&h=1&bpg=6&age=30
為什么我的ssdd只能算單跨無吊車的 http://okok.org/cgi-bin/ut/topic_show.cgi?id=75729&h=1&bpg=6&age=30
過于安全的應力比例 http://okok.org/cgi-bin/ut/topic_show.cgi?id=88257&h=1&bpg=4&age=30
SSDD節點設計？ http://okok.org/cgi-bin/ut/topic_show.cgi?
展開 某除塵器鋼架結構的分析思路及Midas分析過程 ￥20
計算輸入參數如下：
地震烈度——7度（0.10g）；
設計地震分組——第一組；
場地類別——Ⅲ類；
基本風壓——0.5KN/m2；
根據現有資料，支架柱腳及梁柱連接節點均設為鉸接。鋼構件材料：Q235，彈性模量取2.06×105N/mm2，自重取7850kg/m3。
采取規范：
《鋼結構設計標準》（GB50017-2017）
《建筑結構可靠性設計統一標準》（50068-2018）
3.2支架結構校核
3.2.1載荷取值
除塵器支架主要承受載荷為除塵器本體及下部灰斗恒載、積灰活載、風載等，加載方式為支架柱頂節點荷載。根據《火電廠除塵工程技術規范》HJ 2039-2014第6.5.3.6條，支架結構計算時，除塵器灰斗儲灰載荷按滿灰斗狀態120%計算， 積灰堆積密度取1000kg/m3。
工藝提資：恒載：設備自重783t；
活載：積灰荷載：1403t；
平臺檢修載荷：200kg/m2。
風荷載及地震作用荷載計算原則：
1）風荷載計算：
根據設備廠家提供，分為兩個方向分別計算
2）地震作用程序自動計算
根據原有設計圖紙的支架體系及構件截面，支架理論計算模型如下圖3。
圖3支架模型
模型荷載輸入簡圖如下：
(恒荷載：包括柱頂荷載及鋼支架上層平臺走道荷載)
(活荷載：柱頂荷載）
(活荷載：鋼支架下層平臺檢修樓面荷載)
(X向風荷載,柱頂荷載)
(X向風荷載,包圍鋼架的風荷載)
(Y向風荷載，柱頂荷載)
(Y向風荷載，包圍鋼架的風荷載)
(地震荷載)
(鋼支架地震載荷)
圖4 載荷添加示意圖
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